神奇的可食用電池——開啟醫療裝置新時代

材料牛注：電池可以吞食并被消化掉，說出來可能覺得天方夜譚，但是近日來自卡內基梅隆大學的Christopher Bettinger團隊研究開發了一種可吞服、可降解的生物兼容性電池，或將用于可攝入醫療裝置和靶向藥物的遞送。無毒、可吞服電池將來可能為可攝入體內的醫療裝置提供能源，用于診斷和治療疾病。一個研究團隊從皮膚、頭發和眼睛中提取黑色素，用于制造電池，并對該成果進行了報道。

該研究團隊在周四舉行的第252屆美國化學協會（ACS）國家會議及博覽會上展示了這款神奇的電池，此次會議主題廣泛，約9000個科學主題報告。

“幾十年來，人們一直設想能夠通過可食用電子設備進行診斷或疾病治療。但是，如果每天像吃藥片那樣服用醫療電子設備，毒性問題就不得不考慮了。因此我們需要尋找生物衍生材料來代替傳統電子設備的材料。” Christopher Bettinger博士說。

大約20年前，科學家們開發了一種電池供電的可攝入相機作為內鏡輔助工具。在消化系統中，它可以在傳統內窺鏡無法進入的地方成像，并且通過身體排泄出去。單次使用的話，傳統電池相機被卡在胃腸道中的風險很小。但如果醫生頻繁在同一患者體內使用，出錯的幾率就會大幅度增加。

相機和一些植入式設備，如依靠電池運行的心臟起搏器，包含有不能與人體接觸的有毒成分。對于低功耗、重復應用設備，如藥物輸送裝置，可吞食、無毒、可降解的電池將是理想的能源。

Bettinger說：“可吞食、可降解設備的定義是在人體存在不超過大約20個小時，即使有邊際效應，也正是你所需要的。”

雖然不必擔心使用壽命，但毒性是一個問題。為了減少未來攝入設備的潛在危害，卡內基梅隆大學（CMU）的Bettinger研究團隊決定轉向黑色素和其他天然化合物。在我們的皮膚、頭發和眼睛中，黑色素能夠吸收紫外線光淬滅自由基，從而保護我們免受傷害，同時黑色素能夠結合和釋放金屬離子。Bettinger說：“我們認為，這基本上是一種電池。”

在此基礎上，研究人員嘗試利用黑色素作為正負極，氧化錳和磷酸鈉為電極材料，用于身體正常運行的銅和鐵離子來設計制作可降解電池。

Hang-Ah Park博士，目前是卡內基梅隆大學的一名博士后研究員。他說：“我們發現它們基本上能工作，具體的數字取決于配置。比如，我們使用600毫克的活性黑色素材料作為陰極材料，可以為一個額定功率5毫瓦的電子設備供電長達18個小時。”

黑色素電池雖然相對鋰離子電池來說容量較低，但已足夠運行可攝入藥物傳送或傳感裝置。例如，Bettinger希望利用研究小組的電池檢測腸道菌群的變化和釋放藥物的反應，或者在疫苗降解前提供幾個小時的爆發式反應。

同時，該團隊也使用其他生物材料來制作可食用電池，比如果膠。果膠是從植物中獲取的一種天然化合物，在果醬和果凍中作為膠凝劑。其次，研究人員計劃開發將電池安全地輸送到胃部的包裝材料。

這些電池是否用于生物醫學設備是不確定的，但Bettinger已經找到了電池的另一個應用。他的實驗室使用電池來探測黑色素的結構和化學性質，以便更好地了解它們的工作原理。

原文鏈接：Battery You Can Swallow Could Enable Future Ingestible Medical Devices。

本文由編輯部楊洪期提供素材，王飛編譯，萬鑫浩審核，點我加入材料人編輯部。